[发明专利]直线旋转耦合输出型压电驱动装置

说明书

技术领域：

本发明涉及压电微位移、微转角驱动装置，具体指单根压电堆叠驱动柔性结构实现轴向微位移和微转角耦合输出的驱动装置。

背景技术：

压电堆叠位移精度高、响应速度快，已广泛用于高精度位移平台、加工精度补偿装置以及偏转执行装置中。高精度位移平台和加工补偿装置是利用压电堆叠的位移特性，通过薄壁结构或铰链结构的变形，在原方向或其它方向产生等量、放大或缩小的位移输出；偏转执行装置则主要采用铰链结构，利用杠杆原理将压电堆叠的线位移转化为转角输出。在已出现的压电堆叠驱动偏转执行装置中，只有二维（X,Y向）偏转机构可实现（Z向）直线位移输出，其在结构上分为三根压电堆叠驱动和四根压电堆叠驱动两种：前者需解耦控制，增加了整个应用系统的复杂度；后者存在过四点过定位的情况，给四点的同高度修配带来难度；并且，这两种结构对所使用的压电堆叠位移输出特性的一致性有一定程度的要求。迄今为止，压电堆叠驱动装置要实现n自由度的驱动，都需要n根或更多根压电堆叠来共同完成，且也未发现轴向既有位移输出又有转角输出的压电驱动装置。

发明内容：

本发明的目的是提供一种轴向位移输出又有转角输出的压电驱动装置的压电驱动装置，包括：紧定螺钉1、堆叠安装座2、圆柱销3、压电堆叠4、应变片5、殷钢片6、钢珠7、耦合输出构件8、输出轴9。

所述的堆叠安装座2为2Cr13不锈钢材质、下端为法兰的圆柱状零件，上端圆柱体长度不小于7.5mm，直径不小于15mm，圆柱体上端面中心有一个深1mm、直径D₁+0.1mm的平底圆孔2-1，其中D₁为压电堆叠4方形截面的外接圆直径；圆柱上端面距中心R₁-2.5mm处有一个用于通导线的通孔2-2，其中R₁为上圆柱体的半径；圆柱体侧面距上端面3.2mm处有一道顶角120°等腰三角形的环形凹槽2-3，凹槽宽度4.4mm；圆柱体侧面有一对夹角为60°的平面2-4，两平面与圆柱体中心距离均为38R₁/51mm，且从圆柱体顶面至其下4.8mm，平面切除部分环形槽2-3但避开通孔2-2；法兰厚4mm至5mm，直径比上圆柱直径大6mm至7mm，底面均布有三个深4mm的M3螺纹孔2-5，用于装置与外部的安装固定；法兰上端面距法兰中心R₁+1.6mm处有一个深3mm的销钉孔2-6，用于安装圆柱销3；

所述的压电堆叠4为轴向截面方形的长方体；

所述的应变片5为基底为长方形的单向测量应变片，测量方向长度不超过压电堆叠4轴向长度的1/3，宽度不超过压电堆叠4的宽度；

所述的殷钢片6形状与压电堆叠4轴向截面相同，厚度比l-h大0.02mm至0.03mm，其中l为耦合输出构件8、输出轴9和钢珠7安装后钢珠7最低点距离耦合输出构件8底面的距离，h为压电堆叠4粘接到堆叠安装座2后压电堆叠4顶面到堆叠安装座2法兰上端面的距离；

所述的耦合输出构件8为0Cr17Ni7Al不锈钢材质圆管状零件，外径与堆叠安装座2法兰直径相同，按内径可分为三段，上段长度3mm至5mm，内径8mm至10mm，下段长度比堆叠安装座2上圆柱体长度大0.5mm至1mm，内径比堆叠安装座2上圆柱直径大0.02mm至0.03mm，中间段壁厚1.5mm至2.5mm，中间段和下段的长度总和比l₁+l₂+R₂大1mm至1.5mm，其中l₁为堆叠安装座2顶面圆孔2-1底平面到法兰上端面的距离，l₂为压电堆叠2长度，R₂为钢珠7半径；下段圆管侧面距底面l₁-2mm处有均布的3个M3螺纹通孔8-1；下段圆管侧面距底面l₁-1mm高度有2个孔中心线成60°角的M3螺纹通孔8-2，且二者与螺纹孔8-1中一个的夹角均为30°；圆管底面距中心R₁+1.6mm处有安装圆柱销3的销钉孔8-3，深6mm，其位置满足安装时侧向3个螺孔8-1均能对准堆叠安装座2侧面的凹槽2-3,且另2个螺纹孔8-2正对着堆叠安装座2侧面的两个平面2-4；中间段侧面有3根或3根以上螺旋槽8-4贯穿管壁，螺旋槽宽度2mm到4mm，导程大于D₂而小于10D₂，螺旋槽上下边缘距中间段圆管的上下端均为1mm；